WO2009045121A1 - Système optique corpusculaire de formation d'image (variantes) - Google Patents

Système optique corpusculaire de formation d'image (variantes) Download PDF

Info

Publication number
WO2009045121A1
WO2009045121A1 PCT/RU2008/000007 RU2008000007W WO2009045121A1 WO 2009045121 A1 WO2009045121 A1 WO 2009045121A1 RU 2008000007 W RU2008000007 W RU 2008000007W WO 2009045121 A1 WO2009045121 A1 WO 2009045121A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
optical
magnetic deflector
lens
lenses
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viacheslav Danilovich Sachenko
Original Assignee
Viacheslav Danilovich Sachenko
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Viacheslav Danilovich Sachenko filed Critical Viacheslav Danilovich Sachenko
Priority to EP08741782A priority Critical patent/EP2224464A1/de
Publication of WO2009045121A1 publication Critical patent/WO2009045121A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
    • G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/29—Reflection microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/049—Focusing means
    • H01J2237/0492—Lens systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations

Definitions

  • the invention relates to electronic optical instrumentation and can be used in the design of particle-optical systems (CBS) for the formation of a visual image of micro-objects.
  • CBS particle-optical systems
  • the preferred area of its use is electron microscopy of micro- and nanotechnology objects. It is also possible to use the invention in other devices where focusing of a charged particle beam is required, in particular, in micro- and nanolithography plants, ion microscopes and other devices where particle (electron and ion) beams are focused, particle images are formed and transferred.
  • CBS imaging containing a vacuum chamber in which the test sample, its light source and the lens located in the direction of transmission of the image of the sample, a corrector of the spherical component of spherical-chromatic aberration (CXA), made in the form of a magnetic multipole, and a projection block (see , for example: EP 1313125, H01J37 / 10, 37/153, 37/28, 37/04, 2003; EP 1770752, H0Sh7 / 26, 37/153, 37/04, 2007).
  • CXA spherical component of spherical-chromatic aberration
  • the CBS of image formation containing a vacuum chamber in which the test sample, its light source and located in the direction of transmission of the image of the sample are placed a lens, a corrector of the CXA chromatic component, made in the form of an electrostatic energy filter or a Wien filter, and a projection unit (see, for example: US 2004188613, H01J37 / 22, 37/05, 37/147, 37/28, 37/04, 2004; JP 2005310512, H01J37 / 29, 37/21, 37/244, 37/295, 37/26, 37/02, 2005; DE 60032972D, HOl J37 / 05, 37/26, 49/48, 37/04, 2007 )
  • the CBS image formation contains a vacuum chamber in which an electron gun is placed as an electron beam source, a dispersion type magnetic deflector (MD), a lithographic scanning unit of the sample mask, a lens and a focusing unit installed with the ability to transmit a reduced image masks on the sprayed base (see, for example: US 2003183781, G21K1 / 093, H01J37 / 317, G21K1 / 00, 2003; JP 2005228743, H01L21 / 66, G0 ⁇ 23 / 203, H0 ⁇ 7 / 147, 37/29, 37/26, 2005).
  • This design can also be used in electron microscopes for the formation and transmission of an enlarged image of the test sample (Surface Rev. W apd Letters, VoL 5, No. 6 (1998), p. 191).
  • the presence of an electron gun allows controlling the energy of the illuminating beam by changing the potential on the surface of the sample.
  • CBS image formation containing a vacuum system, a stage with the sample being studied, the light source of this sample, the lens and sequentially located in the direction of the transmitted image formed by the lens, dispersive type MD with a 90 ° angle of rotation of the optical axis, AK, made based on an axisymmetric aberration electrostatic mirror (UAEZ), a transport lens unit (BTL) and a projection unit (JP 5205687, H01J37 / 12, 37/04, 37/153, 37/26, 37/29, 37/10, 1993; US 5319207, H01J37 / 153, 37/04, 37/147, 37/29, 1994).
  • This system implements the idea of increasing its resolution by correcting the CXA of the lens using the UAEZ to transmit the image of the test sample without astigmatism.
  • KXA concomitant quadratic chromatic aberration
  • the technical task of the proposed CBS is to increase the resolution by eliminating the causes of KXA while maintaining the corrective function AK in the conditions of using MD dispersion type.
  • the solution of this technical problem consists in the fact that in the CBS image formation, including a vacuum system, a stage with the sample under study, the illumination source of this sample, the lens and sequentially located in the direction of transmission of the image formed by the lens, dispersion type MD, AK, made on the basis of UAEZ, BTL and projection unit, on the transmission line images from MD to AK, an angular energy dispersion compensator (QED) is installed.
  • a vacuum system including a vacuum system, a stage with the sample under study, the illumination source of this sample, the lens and sequentially located in the direction of transmission of the image formed by the lens, dispersion type MD, AK, made on the basis of UAEZ, BTL and projection unit, on the transmission line images from MD to AK.
  • QED angular energy dispersion compensator
  • QED is an axisymmetric guide lens unit (WL) sequentially located in the direction of image transmission and an electrostatic mirror tuned in the mode of non-aberrational transmission of the image to the MD center with the optical magnification coefficient equal to 1, the formation of negative feedback on the angular energy dispersion (p . 1 formulas).
  • the BNL and the axisymmetric electrostatic mirror of the QED are tuned in the mode of non-aberrational transmission of images to the center of the MD by them. This setting is carried out by adjusting the voltages supplied to the electrodes of the electrostatic mirror and BNL.
  • QED is an axisymmetric BNL and a second MD sequentially located in the direction of image transmission, identical to the first (available) MD, while the BNL is based on the calculation of image transmission to the center of the second MD with an optical magnification factor of 1, with the formation of a negative inverse communication by angular energy dispersion and includes at least two magnetic or electrostatic lenses (paragraph 3 of the formula).
  • the table of calculation of aberration characteristics is attached BNL stick in case of using one lens (object of comparison) and two lenses (electrostatic or magnetic types) in direct image transmission modes and with an intermediate image transmitted via BNL.
  • the implementation of BNL on the basis of a single magnetic lens although technically possible, will inevitably cause an uncompensated rotation of the optical image during transmission through the BNL, which is a defect in this case.
  • compensation for the rotation of the optical image is possible and is carried out by setting opposite directions of currents in the coils of the lenses used.
  • the data in the table correspond to the distance between the centers of the MD, equal to 500 mm, and the indicated focal lengths of the lenses correspond to the transmission mode of the electron-optical image via BNL from the center of the first MD to the center of the second MD with an optical magnification factor of 1.
  • an embodiment of the BNL based on one (electrostatic) lens is characterized by a significant coefficient of spherical aberration (93.7xLO 4 mm). This is due to the fact that in this embodiment, the position of the lens used is strictly determined, namely, it should be located exactly in the middle between the first and second MD. In this regard, this lens should be rather weak (with a large focal length), which explains the increased level of spherical aberration of the transmitted image.
  • the table also shows that in comparison with the single-lens BNL variant, the variants of the two-lens BNL design look much more preferable, namely, in the electrostatic version of the BNL, the spherical aberration coefficient is reduced by 15 times, and in the magnetic one by more than 33 times.
  • This noticeable advantage of the two-lens BNL variants is explained by the fact that the use of two lenses for direct image transmission (without creating an intermediate image) makes it possible to realize the minimum aberration distortion, in which the lenses are mounted symmetrically relative to the middle between the first and second MD at distances from their centers equal to the focal length of these lenses.
  • the transition to the mode with an intermediate image is carried out by changing the voltages on the middle electrodes of the electrostatic lenses or by increasing the current of the coils of magnetic lenses.
  • this mode it is possible to set a field diaphragm to reduce the noise level at the output of the CBS due to the emission of excess electrons from the illuminated region of the test sample in the mode of generating an enlarged (2Q ⁇ 200 thousand times) image of microobjects on the surface of the sample, and simplify the adjustment of the CBS elements 5 formulas).
  • the presence of at least two lenses in the BNL is a necessary condition for improving the quality of the image transmitted to it.
  • the QED is an axisymmetric BNL and a second MD sequentially located in the direction of image transmission, which is not identical to the first MD, while the BNL is based on the calculation of image transmission to the center of the second MD with the optical coefficient a sharp increase equal to the ratio of the sines of rotation angles of the optical axes of the first and second MD 9 with the formation of negative feedback on the angular energy dispersion (paragraph 4 of the formula). If in this embodiment the angle of rotation of the optical axis of the second MD is less than the angle of rotation of the optical axis of the first MD, it becomes possible to reduce the coefficient of spherical aberration in the case of a single-lens BNL composition by shifting it to the first MD.
  • the technical result is achieved under the influence of two factors: the optical gain of the BNL and the increase in the optical magnification coefficient when transmitting the image to the second MD, while it is possible (with a low value of the coefficient of spherical aberration) to simplify the design of the BNL by performing it with a single lens.
  • the variant with non-identical MDs provides the user with great flexibility in choosing design solutions both with regard to the implementation of the first and second MDs, and with regard to the installation of QED elements.
  • This option is especially interesting in conditions where the versatility of the WWTP design is important.
  • aperture diaphragms can be installed in front of each of them, as well as in front of the projection block in the crossover planes (paragraph 6 of the formula).
  • Negative feedback on the angular energy dispersion in all versions is necessary to subtract the angular energy QED dispersion from the angular energy dispersion of the first MD. It is provided in the variant according to claim 1 of the formula by supplying the corresponding voltages to the electrodes of the electrostatic mirror and the BNL simultaneously with setting the mode of non-aberrational image transmission. In the options for PP. 3 and 4 of the formula, negative feedback on the angular energy dispersion is ensured by matching the polarity directions of the first and second MD depending on the image transmission mode by the block of guide lenses. Otherwise (with positive feedback), the compensation from the energy-dispersion dispersion will not be compensated at the exit from the QED, but its doubling.
  • An energy-inhomogeneous information corpuscular (electron or ion) beam when an MD magnetic field passes, decomposes into a spatial energy spectrum with an angular energy dispersion, from which they are freed up using QED. Therefore, the IED arrives at the input of AK without angular energy dispersion, as a result of which KXA does not arise when it passes through AK. This is the cause and effect relationship of the changes made with the achieved technical result.
  • the signs of the presence of the second MD, its identity to the first MD, and the presence of BNL coincide with those of the compensator of the energy shift of the diffraction pattern, which is described in (US 2007200070, HOlJ 37/153, 37/05, 37/26, 37/04, 49/00; GOlN 23/225, 23/227, 23/22, 2007).
  • the QED is used for a different purpose (to eliminate KXA when transmitting the image of the test sample through AK, while the purpose of the known technical solution is to correct the chromatic stratification of the diffraction pattern that arises in the process of transferring it through Res MD).
  • the BNL made in accordance with US 2007200070 includes only one electrostatic lens located in the middle between the MDs, while in the discussed version of the proposed technical solution the BNL is based on at least two lenses (both electrostatic and magnetic) for the above reasons .
  • the variant with the implementation of the QED based on non-identical MDs differs to an even greater extent not only due to the non-identical designs of the first and second MDs, but also due to the correlation between the required value of the optical magnification coefficient during image transmission through BNL and angles of rotation of the optical axes in the first and second MD.
  • FIG. 1 ⁇ 5 are diagrams of possible technical implementations of the claimed options for the proposed WWTP.
  • each MD is made in the form of plane-parallel pairs of magnetic pole pieces symmetrically mounted relative to the middle plane (in which the optical axis of the MD lies and in which angular energy dispersion forms). In the direction perpendicular to the mid-plane, there is no energy dispersion.
  • the optical axes of the MD are arcs of circles.
  • the boundaries of the pole pieces MD can be made both cylindrical and flat. In order to avoid complicating FIG. 1 ⁇ 5, details regarding the arrangement of known elements are omitted.
  • CBS image formation contains a vacuum system (not specified), a stage 1, on which the studied sample is located, a light source 2 of this sample and a lens with lenses 3 and 4 located in the direction of image transmission, a four-channel dispersion-type MD 5 (angle of rotation optical axis 90 °), QED 6, which is a BNL 6a sequentially located in the direction of image transmission and an axisymmetric electrostatic mirror 66, configured in the non-aberrational transmission of image to the center of MD 5 with the formation of negative feedback on the angular energy dispersion, AK 7, made on the basis of the UAEZ, BTL 8, contrast aperture diaphragm 9 installed in the crossover plane, projection unit 10 and screen 11.
  • a vacuum system not specified
  • a stage 1 on which the studied sample is located
  • a light source 2 of this sample and a lens with lenses 3 and 4 located in the direction of image transmission
  • a four-channel dispersion-type MD 5 (angle of rotation optical axis 90 °)
  • QED 6 which is
  • the light source 2 causes photoelectron emission from the surface of the sample under study on the stage 1.
  • the IED thus emitted is accelerated to a certain basic energy by the electric field of the lens and is directed along the a axis to the input of MD 5, where it is deflected by an angle of 90 ° under the action of the magnetic field.
  • the image is shown transmitting only the central point of the sample to the screen 11.
  • the lens optics are configured so that the image of the central point of the sample is projectively transmitted to the center of MD 5, which is important to eliminate chromatic dispersion of the image.
  • the real image of this point is denoted by Ci (located at the intersection of the bisector di of the angle of rotation of the optical axis in the MD 5 field with the optical axis itself).
  • Ci located at the intersection of the bisector di of the angle of rotation of the optical axis in the MD 5 field with the optical axis itself.
  • the IED continues further movement along the b axis through the BNL 6a towards the electrostatic mirror 66, passing through which is reflected by the field of this mirror, moves in the opposite direction along the b axis through the BNL 6a, again entering MD 5, where under the action the magnetic field deviates again by 90 ° in the direction of the c axis.
  • mirror 66 through BNL 6a returns a projective image of the central point of the sample to the center of MD 5.
  • a real image of this point is formed at point c at the intersection of the bisector d 2 of the angle of rotation of the optical axis in the direction of AK 7 and, correspondingly, corresponding section of the optical axis.
  • the IED moves along the c axis towards the AIC 7 electrostatic mirror and, having passed its reflection field, moves in the opposite direction along the c axis to MD 5, where it deviates 90 ° for the third time and exits from MD 5 in the direction of the d axis.
  • the AK 7 mirror again transfers the projective image of the central point of the sample to the center of MD 5 with its real image at the cz intersection of the bisector dz of the angle of rotation of the optical axis in the direction of BTL 8 and the corresponding section of the optical axis.
  • the IED continues further movement along the d axis in the direction of the screen 11, passing BTL 8, aperture diaphragm 9, and projection block 10, by which the image of the surface of the test sample is enlarged to the required size and transmitted free of chromatic dispersion to screen 11.
  • the IED being energetically inhomogeneous, is separated in space by energy, as a result of which only electrons with a nominal energy E 0 move along the b axis, and electrons with an energy Ei other than Eo move in the direction toward the CEMF 6 at an angle to the b axis (for definiteness, the situation Ei> Eo is indicated for definiteness, however, the foregoing is also true for energies lower than E 0 ).
  • the non-aberrational electrostatic mirror 66 ensures the return of electrons with energies Ei> Eo to MD 5 along such trajectories (bf and ti ⁇ so that, having again passed through MD 5, electrons with these energies later move along the same axis as Electrons with energy Eo. This is achieved by adjusting the voltages at the BNL 6a electrodes and the mirror 66.
  • the IED is included in AK 7 without angular energy dispersion, as a result of which the image of the test sample projected onto the screen 11 is free of KXA.
  • the AK 7 mirror returns the projective from mapping center point of the test sample at the center of the MD 5, whereby, despite the presence of the angular energy dispersion EPI arising after passage through the third MD 5, the test specimen image is transmitted through the lens 8 and the projection BTL block 10 onto the screen 11 free of chromatic dispersion (IEP electrons flying out from the point of the sample, regardless of the magnitude of their initial energy, are focused on the screen 11 to a point).
  • chromatic dispersion IEP electrons flying out from the point of the sample, regardless of the magnitude of their initial energy
  • FIG. Figure 2 shows a technical solution using an electron gun as a source of illumination of a sample with low-energy electrons.
  • MD 5 is made five-sided (in this example, the deviation angle is 108 °).
  • the five-sided version of the MD is offered for the first time.
  • the electron-optical circuit in this embodiment is made analogously to example 1 with the addition of a fifth channel in which the electron gun 12 is installed.
  • the electron beam formed by the electron gun 12 is directed along the e axis to MD 5, deflected through it by an angle of 108 °, leaving the axis a in the direction normal to the surface of the sample to be studied.
  • the optical system of the electron gun 12 and the lens 4 illuminates the electron beam is focused in the focal plane of the lens 3 of the lens. After passing through the lens, this beam slows down to the desired energy and, becoming almost parallel under the influence of the electric field of the lens, illuminates the surface of the sample normal to it. In this case, coherent electron-electron emission arises from the surface of the sample, resulting in the formation of an IED.
  • the IED along the a axis After passing through the field of the lens, the IED along the a axis enters the MD 5 input, passes through it, deviating through an angle of 108 °, and, going to the b f axis, moves in the direction of the QED 6, passing through which, reflected in the field of the mirror 66, moves along the b axis in the direction to MD 5, again deviates in it by an angle of 108 ° and goes on the c axis towards AK 7, without angular energy dispersion. Having passed AK 7 with reflection in the field of his mirror, the IED returns along the c axis to MD 5.
  • the IED deviates again by an angle of 108 °, goes to the d axis, passes BTL 8, aperture aperture 9 and projection unit 10, transmitting an enlarged image of the sample, free of KXA, CXA and chromatic dispersion, to the screen 11.
  • CBS imaging contains a vacuum system (not shown), a stage 1 with the test sample, a light source 2 of this sample, a lens including lenses 3 and 4, and sequentially located in the direction of transmission of the image formed by the lens, the first MD 5 dispersion type, AK 7, made on the basis of the UAEZ, BTL 8, an aperture diaphragm 9 installed in the crossover plane, and a projection unit 10 with a screen 11.
  • a QED 6 On the transmission line of the image from the first MD 5 to AK 7, a QED 6 is installed, representing BNL images located in the direction of transmission along the magnetic lenses 14 and 15, between which an aperture diaphragm 16 is installed in the crossover plane, and the second MD 13, identical to the first MD 5, Magnetic lenses 14 and 15 are equally distant from the nearest boundaries of MD 5 and 13 accordingly, they are set up from the calculation of the image transfer to the center of the second MD 13 with the optical magnification coefficient equal to 1, with the formation of a negative feedback circuit for the angular energy dispersion due to the unidirectionality of the field Fractures MD 5 and MD 13.
  • the light source 2 causes photoelectron emission from the surface of the test sample placed on the stage 1.
  • the IED thus emitted is accelerated to a certain basic energy by the electric field of the lens and is directed through the 4 axis along the a axis to the input of MD 5, where it deviates by an angle of 90 °.
  • Lenses 3 and 4 are configured so that the image of the central point of the sample under study is projectively transmitted to the center of MD 5.
  • the image of the IED crossover is transmitted by lens 4 from the focal plane of the lens (where this crossover is initially formed) to the plane of the aperture diaphragm 16.
  • the IED After exiting MD 5, the IED continues further movement along the b axis in the direction of MD 13 through the lenses 14 and 15, which transmit a projective image of the central point of the sample from center O ⁇ MD 5 to the center O 2 MD 13 with an optical magnification coefficient equal to 1.
  • the polarity of MD 13 is set such that at the exit from MD 13 the angular energy dispersion of the IED disappears, resulting in electrons of different energies moving in the direction AK 7 in a single axis c. Therefore, KXA does not form after passing through the IED of the AK 7 aberration mirror.
  • Mirror AK 7 returns the IED to MD 13 in such a way that the projective image of the central point of the sample is transmitted again to the center of MD 13. J Having entered the field of the latter, the IED again deviates 90 ° towards BTL 8. Having left the field of MD 13, the IED moves through BTL 8, aperture diaphragm 9 and projection unit 10, transferring to the screen 11 an enlarged image of the test sample free of KXA, CXA and chromatic dispersion. In the mode with illumination of the test sample from the electronic forest 12, the system works similarly.
  • the boundaries of the pole pieces of the first MD 5 are cylindrical, and the deflection angle of the optical axis in it is set equal to 90 ° with the formation of three used and one backup optical channels; the boundaries of the pole pieces of the second MD 13 are made flat, and the deflection angle of the optical axis in it is set to 60 ° with the formation of the three used optical channels.
  • the remaining elements of the CBS are made and connected as in FIG.
  • the BNL lenses 14 and 15 are configured based on the transfer of the image of the sample to the center of the second MD 13 with the optical magnification coefficient equal to the ratio of the sines of the angles of rotation of the optical axes of the first and second MD, namely :
  • Points Ki ⁇ KJ in FIG. 4 shows the positions of the crossovers in which aperture diaphragms can be installed to increase contrast Images. In this example, such apertures are installed at the positions of the points K 3 and K *.
  • this embodiment of CBS is similar to the operation of the embodiment of FIG. 3.
  • the additional convenience of CBS adjustment is provided, which consists in the possibility of disconnecting the channel in which AK 7 is installed by changing the polarity of MD 13, which is convenient for autonomous tuning of the corresponding parts of the system.
  • the CBS embodiment of FIG. 5 is similar to the embodiment of FIG. 4, with that significant change, that the BNL lenses 14 and 15 are configured in the intermediate image generation mode in pos. 17, where the field diaphragm is installed.
  • the polarity of the second MD 13 is changed in order to form a negative feedback circuit along the angular energy dispersion.
  • the direction of movement of the IED in MD 13 changes, and therefore, the locations of AK 7 and the optical highway d relative to the stage 1 change accordingly.
  • the use of the present invention provides an increase in the resolution of CBS due to the elimination of the causes of KXA while maintaining the corrective function AK in the conditions of using MD dispersion type.
  • the technical result derived from what has been achieved, is to expand the functionality of the CBS due to the formation of additional optical channels for installing an electronic gun and / or other devices.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

КОРПУСКУЛЯРНО-ОДТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
Изобретение относится к электронно-оптическому приборостроению и может быть использовано при конструировании корпускулярно-оптических систем (КОС) формирования визуального изображения микрообъектов. Предпочтительной областью его использования является электронная микроскопия объектов микро- и нанотехнологии. Возможно также использование изобретения в других устройствах, где требуется фокусировка пучка заряженных частиц, в частности, в установках для микро- и нанолитографии, ионном микроскопе и других приборах, где выполняется фокусировка корпускулярных (электронных и ионных) пучков, формирование и перенос корпускулярных изображений.
Известна КОС формирования изображения, содержащая вакуумную камеру, в которую помещены исследуемый образец, источник его освещения и расположенные по направлению передачи изображения образца объектив, корректор сферической компоненты сферо-хроматической аберрации (CXA), выполненный в виде магнитного мультиполя, и проекционный блок (см., например: EP 1313125, H01J37/10, 37/153, 37/28, 37/04, 2003; EP 1770752, H0Ш7/26, 37/153, 37/04, 2007).
Однако при использовании данной конструкции возникает астигматизм изображения, связанный с тем, что мультипольная геометрия не позволяет осесимметрично воздействовать на передаваемое изображение. Кроме того, обеспечение возможности коррекции хроматической компоненты CXA сопряжено со значительным усложнением конструкции мультипольного корректора.
Известна также КОС формирования изображения, содержащая вакуумную камеру, в которую помещены исследуемый образец, источник его освещения и расположенные по направлению передачи изображения образца объектив, корректор хроматической компоненты CXA, вьшолненный в виде электростатического энергофильтра либо фильтра Вина, и проекционный блок (см., например: US 2004188613, H01J37/22, 37/05, 37/147, 37/28, 37/04, 2004; JP 2005310512, H01J37/29, 37/21, 37/244, 37/295, 37/26, 37/02, 2005; DE 60032972D, HOl J37/05, 37/26, 49/48, 37/04, 2007).
Однако использование энергофильтра приводит к значительному снижению чувствительности системы из-за потерь, обусловленных энергофильтрацией. При этом остается не компенсированной сферическая компонента CXA, что снижает качество получаемого изображения.
Для повышения разрешения и расширения аналитических возможностей КОС формирования изображения содержит вакуумную камеру, в которую помещены электронная пушка в качестве источника электронного пучка, магнитный дефлектор (МД) дисперсионного типа, узел литографического сканирования маски образца, объектив и фокусирующий блок, установленный с возможностью передачи уменьшенного изображения маски на напыляемое основание (см., например: US 2003183781, G21K1/093, H01J37/317, G21K1/00, 2003; JP 2005228743, H01L21/66, G0Ш23/203, H0Ш7/147, 37/29, 37/26, 2005). Данная конструкция может быть использована также в электронных микроскопах для формирования и передачи увеличенного изображения исследуемого образца (Surfасе RеviеW апd Lеttеrs, VoL 5, No. 6 (1998), р.l 191). При этом наличие электронной пушки позволяет управлять энергией освещающего пучка изменением потенциала на поверхности образца.
Наиболее близкой к заявляемой является КОС формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передаваемого изображения, сформированного объективом, МД дисперсионного типа с утлом поворота оптической оси 90°, AK, вьшолненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала (ОАЭЗ), блок транспортирующих линз (БТЛ) и проекционный блок (JP 5205687, H01J37/12, 37/04, 37/153, 37/26, 37/29, 37/10, 1993; US 5319207, H01J37/153, 37/04, 37/147, 37/29, 1994). В этой системе реализована идея повышения ее разрешающей способности путем коррекции CXA объектива с помощью ОАЭЗ для передачи изображения исследуемого образца без астигматизма.
Нами установлено, что в прототипной системе достигнутый положительный эффект в значительной степени обесценивается возникновением сопутствующей квадратичной хроматической аберрации (KXA),- пропорциональной коэффициенту хроматической аберрации ОАЭЗ. Указанный негативный фактор возникает вследствие дисперсионности МД, из-за чего информационный электронный пучок (ИЭП) после выхода из магнитного поля МД входит в поле ОАЭЗ с дополнительным угловым разбросом, пропорциональным коэффициенту угловой энергетической дисперсии МД. Поэтому вследствие наличия хроматической аберрации ОАЭЗ, пропорциональной произведению величины энергетической неоднородности и углового раствора ИЭП вне зависимости от породившей данный угловой раствор причины (первоначальной угловой расходимости ИЭП либо возникшей в МД угловой энергетической дисперсии), будет иметь место как компенсирование CXA (полезная функция), так и одновременно появление значительной KXA (недостаток). Более того, возникшая хроматическая аберрация, будучи пропорциональной квадрату энергетического неоднородности ИЭП, не может быть компенсирована осесимметричными корпускулярно-оптическими элементами, поскольку такого типа аберрации в них отсутствуют. Следовательно, появившаяся KXA, пропорциональная коэффициенту хроматической аберрации ОАЭЗ, является негативным следствием попытки применения ОАЭЗ для коррекции CXA. Из физики явления очевидно, что данный негативный эффект будет иметь место при использовании МД дисперсионного типа с любым углом поворота оптической оси.
В этой связи отметим возможность выполнения бездисперсионного МД за счет снабжения его шестью независимыми магнитопроводами фигурной формы, расположенными с последовательным чередованием магнитных по- люсов (см., например: US 4740704, H01J37/04, 37/05, 3/14, G21K1/08, 1988; EP0647960, H01J37/05, 49/46, 1994; Jоuиiаl оf Еlесtrоп Мiсrоsсору, v.46, Nr.l, 1997, p.9; Sυrfасе Rеviеw апd Lеttеrs, Vol.5, No.6 (1998), р.1251). Однако такое техническое решение является чрезвычайно сложным в изготовлении и настройке и не исключает возникновения дополнительных неконтролируемых аберраций, связанных с его реализацией. Кроме того, в указанном техническом решении, устраняя угловую энергетическую дисперсию, тем самым устраняют и линейную дисперсию, наличие которой исключительно полезно для отсечения высокоинтенсивной паразитной компоненты ИЭП в плоскости контрастной апертурной диафрагмы. Поэтому в данном техническом решении для восстановления утраченной функции после бездисперсионного МД установлен «Oмeгa фильтp» (Оmеgа filtеr), состоящий из последовательно расположенных четырех независимых МД, каждый из которых возбуждается тремя независимыми магнитными катушками для астигматической передачи электронно-оптического изображения, чем еще более усложняется и без того чрезмерно нагруженная конструкция КОС.
Таким образом, сохранение диспергирующей функции МД является крайне важным и желательным, а в ряде случаев (например, при исследовании кристаллической структуры образца методами дифракции) совершенно необходимым.
Технической задачей предлагаемой КОС является повышение разрешающей способности путем исключения причин возникновения KXA при сохранении корректирующей функции AK в условиях использования МД дисперсионного типа.
Решение указанной технической задачи состоит в том, что в КОС формирования изображения, включающей вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, МД дисперсионного типа, AK, выполненный на базе ОАЭЗ, БТЛ и проекционный блок, на магистрали передачи изображения от МД к AK установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии (КУЭД).
В связи с неизвестностью КУЭД из предшествующего уровня техники, предлагаются следующие варианты его выполнения:
1. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричные блок направляющих линз (БЫЛ) и электростатическое зеркало, настроенные в режиме безаберрационной передачи изображения в центр МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии (п. 1 формулы).
В этом варианте КУЭД после прохождения ИЭП электростатического зеркала существует опасность возникновения KXA, связанная с наличием угловой энергетической дисперсии ИЭП на входе в КУЭД. Для устранения возможности появления данной аберрации БНЛ и осесимметричное электростатическое зеркало КУЭД настроены в режиме безаберрационной передачи ими изображения в центр МД. Такую настройку осуществляют регулировкой напряжений, подаваемых на электроды электростатического зеркала и БНЛ.
В данном варианте КУЭД целесообразно выполнение МД с поворотом оптических осей на угол, кратный 36°, для получения пяти оптических каналов, в одном из которых может быть установлена электронная пушка для электронного освещения исследуемого образца (п. 2 формулы).
2. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный БНЛ и второй МД, выполненный идентично первому (имевшемуся) МД, при этом БНЛ выполнен из расчета передачи изображения в центр второго МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии и включает не менее двух магнитных или электростатических линз (п. 3 формулы).
Для обоснования необходимого количества линз в составе БНЛ в данном варианте КУЭД прилагается таблица расчета аберрационных характери- стик БНЛ в случае использования в нем одной линзы (объект сравнения) и двух линз (электростатического или магнитного типов) в режимах прямой передачи изображения и с промежуточным изображением, передаваемых посредством БНЛ. При этом выполнение БНЛ на базе одной магнитной линзы, хотя технически и возможно, однако с неизбежностью вызовет некомпенси- руемый поворот оптического изображения в процессе передачи его через БНЛ, что является в данном случае дефектом. В вариантах же БНЛ с двумя магнитными линзами компенсация поворота оптического изображения возможна и осуществляется путем установки противоположных направлений токов в катушках используемых линз.
Данные в таблице соответствуют расстоянию между центрами МД, равному 500 мм, а указанные фокусные расстояния линз соответствуют режиму передачи электронно-оптического изображения посредством БНЛ из центра первого МД в центр второго МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1.
Как видно из таблицы, вариант выполнения БНЛ на базе одной (электростатической) линзы характеризуется значительным коэффициентом сферической аберрации (93,7xlO4 мм). Это обусловлено тем, что в данном варианте положение используемой линзы строго детерминировано, а именно, она должна быть расположена строго посередине между первым и вторым МД. В связи с этим указанная линза должна быть достаточно слабой (с большим фокусным расстоянием), чем и объясняется повышенный уровень сферической аберрации передаваемого изображения. Из таблицы видно также, что в сравнении с однолинзовым вариантом БНЛ, варианты двухлинзовой конструкции БНЛ выглядят значительно предпочтительнее, а именно, в электростатическом исполнении БНЛ коэффициент сферической аберрации уменьшен в 15 раз, а в магнитном — более чем в 33 раза. Такое заметное преимущество двухлинзовых вариантов БНЛ объясняется тем, что применение двух линз для прямой передачи изображения (без создания промежуточного изображения) предоставляет возможность реализовать режим минимальных аберрационных искажений, при котором линзы устанавливаются симметрично относительно середины между первым и вторым МД на расстояниях от их центров, равных фокусному расстоянию данных линз. Еще лучшего качества передачи изображения через БЫЛ можно достигнуть некоторым усложнением БНЛ за счет использования в нем четырех линз, симметрично расположенных относительно середины между МД. При этом для решения задачи повышения качества передаваемого через БНЛ изображения выполнение БНЛ на базе магнитных линз с компенсацией суммарного поворота изображения будет всегда предпочтительнее, чем выполнение БНЛ на базе эпек- тростатических линз, хотя последние конструктивно проще. В режиме с формированием промежуточного изображения, который принципиально невозможно осуществить в условиях одной линзы, коэффициент сферической аберрации больше, чем в случае прямой передачи изображения. Однако и в данном режиме, как видно из приведенных в таблице данных, он на порядок меньше, чем при использовании БНЛ с одной (электростатической) линзой.
Переход в режим с промежуточным изображением осуществляется путем изменения напряжений на средних электродах электростатических линз или увеличения тока катушек магнитных линз. В данном режиме открывается возможность установки полевой диафрагмы для снижения уровня шума на выходе КОС, обусловленного эмиссией избыточных электронов с освещаемой области исследуемого образца в режиме формирования увеличенного (в 2Q÷200 тысяч раз) изображения микрообъектов на поверхности образца, и упрощения настройки элементов КОС (п. 5 формулы).
Таким образом, в данном варианте КУЭД наличие не менее двух линз в БНЛ является необходимым условием повышения качества передаваемого им изображения.
3. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный БНЛ и второй МД, выполненный не идентично первому МД, при этом БНЛ выполнен из расчета передачи изображения в центр второго МД с величиной коэффициента опти- ческоrо увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго MД9 с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии (п. 4 формулы). Если в данном варианте угол поворота оптической оси второго МД меньше угла поворота оптической оси первого МД, появляется возможность уменьшения коэффициента сферической аберрации и в случае однолинзового состава БНЛ путем его сдвига к первому МД. В данном случае технический результат достигается под действием двух факторов: оптического усиления БНЛ и возрастания коэффициента оптического увеличения при передаче изображения во второй МД, При этом возможно (при низком значении коэффициента сферической аберрации) упростить конструкцию БНЛ, выполнив его однолинзовым.
Как проиллюстрировано приведенными примерами, вариант с неидентичными МД предоставляет пользователю большую гибкость при выборе конструктивных решений как в отношении выполнения первого и второго МД, так и в отношении установки элементов КУЭД. Данный вариант особенно интересен в условиях, где важна универсальность конструкции КОС. Здесь при повышенном требовании к качеству передачи электронно- оптического изображения через БНЛ следует предпочесть выполнение БНЛ на основе магнитных линз по вышеуказанным причинам.
Для повышения контрастности изображения в вариантах КОС с двумя МД перед каждым из них, а также перед проекционным блоком в плоскостях кроссовера могут быть установлены апертурные диафрагмы (п. 6 формулы).
Для удобства настройки AK и переключения режимов работы данных вариантов КОС второй МД выполнен из расчета поворота оптических осей на угол 60° (п. 7 формулы).
Возможно выполнение любого из МД с цилиндрическими границами полюсных наконечников, что позволяет гибко настраивать положения сопрягающихся с МД оптических осей (п. 8 формулы).
Отрицательная обратная связь по угловой энергетической дисперсии во всех вариантах исполнения необходима для вычитания угловой энергетиче- ской дисперсии КУЭД из угловой энергетической дисперсии первого МД. Она обеспечивается в варианте по п. 1 формулы подачей соответствующих напряжений на электроды электростатического зеркала и БНЛ одновременно с настройкой режима безаберрационной передачи изображения. В вариантах по пп. 3 и 4 формулы отрицательная обратная связь по угловой энергетической дисперсии обеспечивается согласованием направлений полярности первого и второго МД в зависимости от режима передачи изображения блоком направляющих линз. В противном случае (при положительной обратной связи) на выходе из КУЭД будет происходить не компенсация угдовой энергетической дисперсии, а ее удвоение.
Неоднородный по энергии информационный корпускулярный (электронный или ионный) пучок при прохождении магнитного поля МД разлагается в пространственный энергетический спектр с угловой энергетической дисперсией, от которой освобождаются с помощью КУЭД. Поэтому ИЭП поступает на вход AK, не имея угловой энергетической дисперсии, вследствие чего при его прохождении через AK не возникает KXA. В этом и состоит причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом.
В варианте с выполнением КУЭД на базе электростатического зеркала (п. 1 формулы) конструкция данного КУЭД является полностью новой.
В варианте с выполнением КУЭД на базе второго МД, выполненного идентично первому МД (п. 3 формулы), признаки наличия второго МД, его идентичности первому МД, а также наличия БНЛ совпадают с таковыми признаками компенсатора энергетического сдвига дифракционной картины, который описан в (US 2007200070, HOlJ 37/153, 37/05, 37/26, 37/04, 49/00; GOlN 23/225, 23/227, 23/22, 2007). Однако в предлагаемом нами техническом решении КУЭД использован по другому назначению (для устранения KXA при передаче изображения исследуемого образца через AK, тогда как назначение известного технического решения — коррекция хроматического расслоения дифракционной картины, возникающего в процессе передачи ее че- рез МД). Существенно и то, что БНЛ, выполненный согласно US 2007200070, включает всего одну электростатическую линзу, расположенную посередине между МД, тогда как в обсуждаемом варианте предлагаемого технического решения БНЛ выполнен на базе не менее двух линз (как электростатических, так и магнитных) по вышеизложенным причинам.
Вариант с вьшолнением КУЭД на базе невдентичных МД (п. 4 формулы), отличается в еще большей степени не только в связи с неидентичностью конструкций первого и второго МД, но и с вытекающей из этого обстоятельства взаимосвязью между требуемым значением коэффициента оптического увеличения при передаче изображения через БНЛ и углами поворота оптических осей в первом и втором МД.
На фиг. 1÷5 приведены схемы возможных технических реализаций заявляемых вариантов предлагаемой КОС.
Во всех вариантах каждый из МД выполнен в виде плоскопараллельных пар магнитных полюсных наконечников, симметрично установленных относительно средней плоскости (в которой лежит оптическая ось МД и в которой происходит формирование угловой энергетической дисперсии). В направлении, перпендикулярном средней плоскости, энергетическая дисперсия отсутствует. Оптические оси МД являются дугами окружностей. Границы полюсных наконечников МД могут быть выполнены как цилиндрическими, так и плоскими. Во избежание усложнения фиг. 1÷5, детали, касающиеся устройства известных элементов, опущены.
В варианте фиг. 1 КОС формирования изображения содержит вакуумную систему (не указана), предметный столик 1, на котором расположен исследуемый образец, источник 2 освещения этого образца и расположенные по направлению передачи изображения объектив с линзами 3 и 4, четырехка- нальный МД 5 дисперсионного типа (угол поворота оптической оси 90°), КУЭД 6, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения БНЛ 6а и осесимметричное электростатическое зеркало 66, настроенные в режиме безаберрационной передачи отjра- женного изображения в центр МД 5 с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии, AK 7, вьшолненный на основе ОАЭЗ, БТЛ 8, контрастную апертурную диафрагму 9, установленную в плоскости кроссовера, проекционный блок 10 и экран 11. Оптические оси а, Ъ, с ж d элементов 3, 4, 6÷10 расположены по оптической оси корпускулярно- оптической системы и последовательно сопряжены через МД 5. При этом часть МД 5, связанная с вторичным прохождением в нем ИЭП, КУЭД 6 и ось b образуют компенсирующий канал КОС. Оптические оси объектива, МД 5, AK 7, БТЛ 8, проекционного блока 10 и КУЭД 6 перпендикулярны соответствующим границам МД 5.
Источник света 2 вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности исследуемого образца на предметном столике 1. Эмитированный таким образом ИЭП ускоряется до некоторой базовой энергии электрическим полем объектива и направляется по оси а на вход МД 5, где под действием магнитного поля отклоняется на угол 90°. Для иллюстрации принципа образования угловой энергетической дисперсии ИЭП и ее коррекции показана передача изображения лишь центральной точки исследуемого образца на экран 11. Оптика объектива настроена так, что изображение центральной точки образца проектжвно передается в центр МД 5, что важно для исключения хроматической дисперсии изображения. Реальное изображение этой точки обозначено Ci (расположена на пересечении биссектрисы di угла поворота оптической оси в поле МД 5 с самой оптической осью). После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси Ъ через БНЛ 6а по направлению к электростатическому зеркалу 66, пройдя которое и отразившись полем данного зеркала, движется в обратном направлении вдоль оси b через БНЛ 6а, вновь входя в МД 5, где под действием магнитного поля вновь отклоняется на 90° в направлении оси с. При этом зеркало 66 через БНЛ 6а возвращает проективное изображение центральной точки образца в центр МД 5. Реальное изображение этой точки при этом формируется в точке сг на пересечении биссектрисы d2 угла поворота оптической оси в направлении к AK 7 и соот- ветствующего участка оптической оси. После выхода из МД 5 ИЭП движется вдоль оси с по направлению к электростатическому зеркалу AIC 7 и, пройдя его поле с отражением, движется в обратном направлении вдоль оси с к МД 5, где под действием магнитного поля в третий раз отклоняется на 90° и выходит из МД 5 в направлении оси d. При этом зеркало AK 7 вновь передает проективное изображение центральной точки образца в центр МД 5 с реальным ее изображением в точке сз пересечения биссектрисы dз угла поворота оптической оси в направлении к БТЛ 8 и соответствующего участка оптической оси. После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси d в направлении экрана 11, проходя БТЛ 8, апертурную диафрагму 9 и проекционный блок 10, с помощью которого изображение поверхности исследуемого образца увеличивается до требуемого размера и передается свободным от хроматической дисперсии на экран 11. При первом прохождении МД 5 ИЭП, будучи энергетически неоднородным, разделяется в пространстве по энергиям, вследствие чего по оси b движутся только электроны с номинальной энергией E0, а электроны с энергией Ei, отличной от Eo, движутся в направлении к КУЭД 6 под углом к оси Ъ (на фиг. 1 для определенности обозначена ситуация Ei>Eo, однако сказанное ниже справедливо и для меньших, чем E0, энергий). Безаберрационное электростатическое зеркало 66 обеспечивает возвращение электронов с энергиями Ei>Eo к МД 5 по таким траекториям (Ъf и ti\ чтобы, вторично пройдя через МД 5, электроны с данными энергиями в дальнейшем двигались по той же оси, что и Электроны с энергией Eo. Это достигается настройкой напряжений на электродах БНЛ 6а и зеркала 66. Таким образом, в AK 7 входит ИЭП, не имея угловой энергетической дисперсии, вследствие чего проектируемое на экран 11 изображение исследуемого образца свободно от KXA. При этом зеркало AK 7 возвращает проективное изображение центральной точки исследуемого образца в центр МД 5, благодаря чему, несмотря на наличие угловой энергетической дисперсии ИЭП, возникшей после третьего прохождения им МД 5, изображение исследуемого образца передается посредством линз БТЛ 8 и проекционного блока 10 на экран 11 свободным от хроматической дисперсии (электроны ИЭП, вылетевшие из точки образца, вне зависимости от величины их начальной энергии, фокусируются на экране 11 в точку).
На фиг. 2 представлен вариант технического решения с использованием электронной пушки в качестве источника освещения образца электронами малых энергий. С целью выделения дополнительного канала для установки электронной пушки, МД 5 выполнен пятигранным (в настоящем примере угол отклонения равен 108°). Пятигранное исполнение МД предлагается впервые.
Электронно-оптическая схема в данном варианте выполнена аналогично примеру 1 с добавлением пятого канала, в котором установлена электронная пушка 12.
Электронный пучок, сформированный электронной пушкой 12, направляется по оси е к МД 5, отклоняется в нем на угол 108°, выходя на ось а по направлению к исследуемому образцу по нормали к его поверхности. Оптической системой электронной пушки 12 и линзой 4 освещающий электронный пучок фокусируется в фокальной плоскости линзы 3 объектива. После прохождения объектива этот пучок замедляется до желательной энергии и, становясь практически параллельным под действием электрического поля объектива, освещает поверхность образца по нормали к ней. В этом случае возникает когерентная электрон-электронная эмиссия с поверхности образца, в результате чего образуется ИЭП. Пройдя поля объектива, ИЭП вдоль оси а поступает на вход МД 5, проходит его, отклоняясь на угол 108° и, выходя на ось bf движется в направлении КУЭД 6, пройдя который, отразившись в поле зеркала 66, движется вдоль оси Ъ в направлении к МД 5, вновь отклоняется в нем на угол 108° и выходит на ось с в направлении к AK 7, не имея угловой энергетической дисперсией. Пройдя AK 7 с отражением в поле его зеркала, ИЭП возвращается вдоль оси с к МД 5. Далее, пройдя поле МД 5, ИЭП отклоняется вновь на угол 108°, выходит на ось d, проходит БТЛ 8, апертурную диафрагму 9 и проекционный блок 10, передавая увеличенное изображение образца, свободное от KXA, CXA и хроматической дисперсии, на экран 11.
В варианте фиг. 3 КОС формирования изображения содержит вакуумную систему (не показана), предметный столик 1 с исследуемым образцом, источник освещения 2 данного образца, объектив, включающий линзы 3 и 4, и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый МД 5 дисперсионного типа, AK 7, выполненный на базе ОАЭЗ, БТЛ 8, апертурную диафрагму 9, установленную в плоскости кроссовера, и проекционный блок 10 с экраном 11. На магистрали передачи изображения от первого МД 5 к AK 7 установлен КУЭД 6, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения БНЛ в составе магнитных линз 14 и 15, между которыми в плоскости кроссовера установлена апертурная диафрагма 16, и второй МД 13, выполненный идентично первому МД 5, Магнитные линзы 14 и 15 равно удалены от ближайших границ МД 5 и 13 соответственно и настроены из расчета передачи изображения в центр второго МД 13 с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием цепи отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии за счет однонаправленности полярностей МД 5 и МД 13.
Источник света 2 вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности исследуемого образца, размещенного на предметном столике 1. Эмитированный таким образом ИЭП ускоряется до некоторой базовой энергии электрическим полем объектива и через линзу 4 направляется по оси а на вход МД 5, где отклоняется на угол 90°. Линзы 3 и 4 настроены так, чтобы изображение центральной точки исследуемого образца проективно передавалось в центр МД 5. Изображение кроссовера ИЭП передается линзой 4 с фокальной плоскости объектива (где первоначально формируется этот кроссовер) в плоскость апертурной диафрагмы 16. После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси b в направлении МД 13 через линзы 14 и 15, которые передают проективное изображение центральной точки образца из центра O\ МД 5 в центр O2 МД 13 с коэффициентом оптического увеличения, равным 1. Полярность МД 13 установлена такой, что на выходе из МД 13 угловая энергетическая дисперсия ИЭП исчезает, в результате чего электроны различных энергий движутся в направлении AK 7 по единой оси с. Поэтому KXA не образуется после прохождения ИЭП аберрационного зеркала AK 7.
Зеркало AK 7 возвращает ИЭП к МД 13 таким образом, что проективное изображение центральной точки образца передается вновь в центр МД 13. JЗойдя в поле последнего, ИЭП в очередной раз отклоняется на 90° в сторону БТЛ 8. Выйдя из поля МД 13, ИЭП движется через БТЛ 8, апертур- ную диафрагму 9 и проекционный блок 10, передавая на экран 11 увеличенное изображение исследуемого образца, свободное от KXA, CXA и хроматической дисперсии. В режиме с освещением исследуемого образца от электронной пущки 12 система работает аналогично.
В варианте КОС формирования изображения, приведенном на фиг. 4, границы полюсных наконечников первого МД 5 выполнены цилиндрическими, а угол отклонения оптической оси в нем настроен равным 90° с образованием трех используемых и одного резервного оптических каналов; границы полюсных наконечников второго МД 13 выполнены плоскими, а угол отклонения оптической оси в нем настроен на 60° с образованием трех используемых оптических каналов. Остальные элементы КОС выполнены и подключены как на фиг. 3 с тем изменением, что в связи с неидентичностью МД 5 и 13 линзы 14 и 15 БНЛ настроены из расчета передачи изображения образца в центр второго МД 13 с величиной коэффициента оптического увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго МД, а именно:
Mяадw 2
,Sm(OO0) Vз где M — величина коэффициента оптического увеличения. Точками Кi÷ KJ на фиг. 4 указаны положения кроссоверов, в которых могут быть установлены апертурные диафрагмы для повышения контраста изображения. В данном примере таковые диафрагмы установлены в позициях точек K3 и К*.
Работа данного варианта КОС аналогична работе варианта фиг. 3. При этом предоставляется дополнительное удобство настройки КОС, заключающееся в возможности отключения канала, в котором установлен AK 7, путем изменения полярности МД 13, что удобно для автономной настройки соответствующих частей системы.
Вариант выполнения КОС согласно фиг. 5 аналогичен варианту, представленному на фиг. 4, с тем существенным изменением, что линзы 14 и 15 БНЛ настроены в режиме формирования промежуточного изображения в поз. 17, где установлена полевая диафрагма. При этом для образования цепи отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии изменена полярность второго МД 13. В этом случае изменяется направление движения ИЭП в МД 13, в связи с чем соответственно изменяются расположения AK 7 и оптической магистрали d относительно предметного столика 1.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение разрешающей способности КОС за счет исключения причин возникновения KXA при сохранении корректирующей функции AK в условиях использовании МД дисперсионного типа. Техническим результатом, производным от достигнутого, является расширение функциональных возможностей КОС за счет образования дополнительных оптических каналов для установки электронной пушки и/или других приспособлений.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от магнитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричные блок направляющих электронных линз и электростатическое зеркало, настроенные в режиме безаберрационной передачи изображения в центр магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.
2. Корпускулярно-оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный дефлектор выполнен из расчета поворота оптических осей на угол, кратный 36°, для возможности электронного освещения исследуемого образца.
3. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от первого магаитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осе- симметричный блок направляющих линз и второй магнитный дефлектор, выполненный идентично первому магнитному дефлектору, при этом блок направляющих линз включает не менее двух линз и выполнен из расчета передачи изображения в центр второго магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.
4. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от первого магнитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осе- симметричный блок направляющих линз и второй магнитный дефлектор дисперсионного типа, не идентичный первому магнитному дефлектору, при этом блок направляющих линз выполнен из расчета передачи изображения образца в центр второго магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго магнитных дефлекторов, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.
5. Корпускулярно-оптическая система по пп. 3 или 4, отличающаяся тем, что блок направляющих линз настроен из расчета формирования про- межуточного изображения внутри данного блока, при этом в плоскости промежуточного изображения установлена полевая диафрагма.
6. Корпускулярно-оптическая система по пп. 3 или 4, отличающаяся тем, что в плоскостях кроссовера перед первым магнитным дефлектором, между магнитными дефлекторами и перед проекционным блоком установлены апертурные диафрагмы.
7. Корпускулярно-оптическая система по пп. 3 или 4, отличающаяся тем, что второй магнитный дефлектор выполнен из расчета поворота оптических осей на угол 60° для удобства настройки и эксплуатации системы.
8. Корпускулярно-оптическая система по rш.l, 3 или 4, отличающаяся тем, что первый и/или второй магнитный дeфлeктop(ы) выпoлнeн(ы) с цилиндрическими границами полюсных наконечников.
PCT/RU2008/000007 2007-10-03 2008-01-11 Système optique corpusculaire de formation d'image (variantes) WO2009045121A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08741782A EP2224464A1 (de) 2007-10-03 2008-01-11 Korpuskulares optisches bilderzeugungssystem

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007136718 2007-10-03
RU2007136718/28A RU2362234C1 (ru) 2007-10-03 2007-10-03 Корпускулярно-оптическая система формирования изображения (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009045121A1 true WO2009045121A1 (fr) 2009-04-09

Family

ID=40526422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000007 WO2009045121A1 (fr) 2007-10-03 2008-01-11 Système optique corpusculaire de formation d'image (variantes)

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2224464A1 (ru)
RU (1) RU2362234C1 (ru)
WO (1) WO2009045121A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113163564A (zh) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 一种具有静电消除功能的电子束加工装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013077715A1 (ru) * 2011-11-22 2013-05-30 Bimurzaev Seitkerim Bimurzaevich Корректор аберраций электронных линз
RU2551651C2 (ru) * 2013-04-05 2015-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова Высокочастотный электронно-ионный микроскоп
RU2600589C1 (ru) * 2015-06-24 2016-10-27 Владимир Викторович Черниченко Пюреобразные консервы на основе топинамбура
US20230215682A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-06 Fei Company Electrostatic mirror chromatic aberration correctors

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU355667A1 (ru) * КОРПУСКУЛЯРНОЕ УСТРОЙСТВО дл ФОКУСИРОВКИ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦI;
SU1048532A1 (ru) * 1982-05-14 1983-10-15 Предприятие П/Я М-5273 Электроннооптическое устройство с коррекцией аберраций
US4740704A (en) 1985-09-13 1988-04-26 Carl-Zeiss-Stiftung Omega-type electron energy filter
JPH05205687A (ja) 1991-09-04 1993-08-13 Carl Zeiss:Fa 鏡補正器を有する、荷電素粒子ビーム用結像系
EP0647960A1 (en) 1993-05-21 1995-04-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Energy filter with correction of a second-order chromatic aberration
EP1313125A1 (en) 2001-11-20 2003-05-21 Jeol Ltd. Charged-particle beam apparatus equipped with aberration corrector
US20030183781A1 (en) 2002-03-26 2003-10-02 International Busines Machiness Corporation Method and apparatus for surface potential reflection electron mask lithography
US20040188613A1 (en) 2003-03-24 2004-09-30 Hitachi High-Technologies Corporation Electron microscope
JP2005228743A (ja) 2004-02-10 2005-08-25 Kla-Tencor Technologies Corp 電子ビーム検査および欠陥の精査のための改善されたプリズムアレイ
JP2005310512A (ja) 2004-04-21 2005-11-04 Jeol Ltd 電子光学システム及び電子顕微鏡
US20060060789A1 (en) * 2004-01-29 2006-03-23 Rogers Steven R Focusing system and method for a charged particle imaging system
EP1770752A2 (en) 2005-09-27 2007-04-04 Jeol Ltd. Electron microscope
US20070200070A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 International Business Machines Corporation Aberration-correcting cathode lens microscopy instrument
DE60032972T2 (de) 1999-07-05 2007-11-08 Jeol Ltd., Akishima Energiefilter und seine Verwendung in einem Elektronenmikroskop

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU355667A1 (ru) * КОРПУСКУЛЯРНОЕ УСТРОЙСТВО дл ФОКУСИРОВКИ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦI;
SU1048532A1 (ru) * 1982-05-14 1983-10-15 Предприятие П/Я М-5273 Электроннооптическое устройство с коррекцией аберраций
US4740704A (en) 1985-09-13 1988-04-26 Carl-Zeiss-Stiftung Omega-type electron energy filter
JPH05205687A (ja) 1991-09-04 1993-08-13 Carl Zeiss:Fa 鏡補正器を有する、荷電素粒子ビーム用結像系
US5319207A (en) 1991-09-04 1994-06-07 Carl-Zeiss-Stiftung Imaging system for charged particles
EP0647960A1 (en) 1993-05-21 1995-04-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Energy filter with correction of a second-order chromatic aberration
DE60032972T2 (de) 1999-07-05 2007-11-08 Jeol Ltd., Akishima Energiefilter und seine Verwendung in einem Elektronenmikroskop
EP1313125A1 (en) 2001-11-20 2003-05-21 Jeol Ltd. Charged-particle beam apparatus equipped with aberration corrector
US20030183781A1 (en) 2002-03-26 2003-10-02 International Busines Machiness Corporation Method and apparatus for surface potential reflection electron mask lithography
US20040188613A1 (en) 2003-03-24 2004-09-30 Hitachi High-Technologies Corporation Electron microscope
US20060060789A1 (en) * 2004-01-29 2006-03-23 Rogers Steven R Focusing system and method for a charged particle imaging system
JP2005228743A (ja) 2004-02-10 2005-08-25 Kla-Tencor Technologies Corp 電子ビーム検査および欠陥の精査のための改善されたプリズムアレイ
JP2005310512A (ja) 2004-04-21 2005-11-04 Jeol Ltd 電子光学システム及び電子顕微鏡
EP1770752A2 (en) 2005-09-27 2007-04-04 Jeol Ltd. Electron microscope
US20070200070A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 International Business Machines Corporation Aberration-correcting cathode lens microscopy instrument

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF ELECTRON MICROSKOPY, vol. 46, no. 1, 1997, pages 9
SURFACE REVIEW AND LETTERS, vol. 5, no. 6, 1998, pages 1191
SURFACE REVIEW AND LETTERS, vol. 5, no. 6, 1998, pages 1251

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113163564A (zh) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 一种具有静电消除功能的电子束加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2224464A1 (de) 2010-09-01
RU2007136718A (ru) 2009-04-10
RU2362234C1 (ru) 2009-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1381073B1 (en) Aberration-corrected charged-particle optical apparatus
EP1313125B1 (en) Charged-particle beam apparatus equipped with aberration corrector
JP5250350B2 (ja) 荷電粒子線応用装置
JP5660860B2 (ja) 粒子光学レンズの軸収差用の補正装置
JP4896877B2 (ja) 収差補正装置及び収差補正装置を操作するための方法
KR20210016064A (ko) 복수의 하전 입자 빔들의 장치
JP2001511303A (ja) 粒子−光学装置における球面収差補正用の補正デバイス
US8907298B1 (en) Method for axial alignment of charged particle beam and charged particle beam system
US10446361B2 (en) Aberration correction method, aberration correction system, and charged particle beam apparatus
CN108463869B (zh) 带电粒子束装置及其光轴调整方法
RU2362234C1 (ru) Корпускулярно-оптическая система формирования изображения (варианты)
US7763862B2 (en) Method of aberration correction and electron beam system
JP2013138037A (ja) 荷電粒子線応用装置
US7601969B2 (en) Illumination condenser for a particle optical projection system
WO2001003155A1 (en) Method and apparatus for simultaneously depositing and observing materials on a target
US6531698B1 (en) Particle-optic illuminating and imaging system with a condenser-objective single field lens
US8791423B2 (en) Aberration correction device and charged particle beam device employing same
US8373137B2 (en) High resolution energy-selecting electron beam apparatus
US11501946B2 (en) Method of influencing a charged particle beam, multipole device, and charged particle beam apparatus
JP3790646B2 (ja) 低エネルギー反射電子顕微鏡
RU2364004C1 (ru) Энергофильтр для корпускулярно-оптической системы формирования и передачи изображения
US11239045B1 (en) Method and system for correcting two-fold, fifth-order parasitic aberrations in charged particle systems
Bailey et al. Present concepts and designs for gun monochromators
CN116745880A (zh) 电子光学列和初级电子射束到样品上的引导方法
SU1075329A1 (ru) Электронна ахроматическа линза

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08741782

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008741782

Country of ref document: EP